天天看点：欧美日押注固态电池，日本专利技术最多，中国要被弯道超车？

固态电池已经成为日本电池产业最后的救命稻草，丰田和松下等企业手握大量的专利，希望借此实现对中国的逆袭。

实际上日本对于固态电池的重视很早之前就有了。

2016年，日本电池专家吉野彰来中国参加世界电池大会，他做出了大胆预测说：“固态电池将成为下一代电池的方向，有可能取代传统锂电池。”

(资料图)

当时日本的锂电池产业在全球还具备举足轻重的地位，不仅拥有诸多的专利，松下汽车电池全球出货量还处于第一位。

因此吉野彰的预测掀起了固态电池的热潮，中日韩乃至欧美都在提前布局这项技术。

果然7年之后这个预言成真了。

中国宁德时代、比亚迪、日本丰田、松下、韩国LG等企业都公布了固态电池的量产时间，其中有一部分企业就在2023年，实现半固态电池上车，而大部分企业将全固态电池量产时间定在了2025年，到2030将正式实现大规模量产。

可以说：在下一代电池中，全固态锂电池被认为是革命性技术，未来有可能完全取代传统锂电池，而接下来的十年就将是固态电池的破壁期。

其中对固态电池执念最深的就是日本。

2021年，日本最出名的财经网站刊登一篇为《日本要借助全固态电池谋求逆转》的文章，详细介绍了日本固态电池的专利优势，最后得出的结论是日本可以凭借这项技术实现对中国的弯道超车。

同年6月份，他们又刊登一则名为《全固态电池将是日德“决战”》的文章，详细介绍日本和德国对于固态电池的布局，以及他们的领先性。

2022年4月，日经网再出了一篇《日本手握逆袭王牌》的文章，介绍了日本电池拥有能够逆袭的技术，其中的一个还是固态电池。

我查了一下资料，发现这个网上有80多篇文章和固态电池有关，其中有79条是最近四年写的，内容都是日本专利占比最多，哪个企业又突破了关键技术等等。

从这些文章里，你可以清楚的感受到日本企业对于固态电池抱以多大的期望。

他们为啥这么热衷固态电池？

答案非常简单，其实就是意难平，在21世纪初期，日本的电池占据全球90%的市场份额，然而仅仅20年时间，中韩就完成了反超。

尤其是中国更是完成对日本电池地位逆转。

原本日本掌握大部分的专利技术，以及垄断了电池的关键材料，中国汽车或者电池企业只能向日本缴纳专利费以及进口关键材料。

但是日本电池的这些优势完全被中国取代。

根据韩国电池调研机构SNER的数据：2022年动力电池市场份额前十的企业中，有六家都是中国企业，合计市场份额60.4%。

中国占有绝对领先的优势。

这还没完，中国锂电池话语权还体现在技术和材料上。

2021年时，全球总共申请了1.9万多件的锂电池专利，其中中国独占1.5万件，其他国家全加起来只占4300件，日本更是只有960件，不到中国的零头。

而材料方面，中国也拥有绝对主导权。

锂电池的正极材料有锂、镍、钴和锰等金属，中国供应全球了60-90%的份额，而负极材料中的石墨更是100%由中国生产。

可以说中国在锂电池的全产业链都占据绝对的主导优势，日韩电池企业都得看中国脸色。

而日本则更惨，不仅被中国全方面超过，甚至连韩国也跑到日本前面，在全球前十的电池企业中，韩国有三家、而日本却只有一家。

欧美虽然比较少，但是凭借市场的优势拉拢了包括中日韩三国的电池企业去建厂，也准备实现电池本土化生产。

反观日本从绝对的领先到绝对的落后，既没有建立技术优势，也没有产业的优势，甚至连传统材料强项也被超越，无疑是一次非常惨痛的教训。

而这种惨痛的教训已经不是第一次了，早期的家电，中期的屏幕、现在的电池，日本产业总是在拿到一手好牌后，打的稀烂。

后来他们经过深刻的复盘总结出自己失败的主要原因，它们认为：美国靠竞争取胜、欧洲靠制定规则生存，中国靠产业崛起，而日本却一味的谈技术。

事实上也确实如此，日本企业非常看重技术，重视到不允许任何国家分享他们研发的技术

有一个很典型的例子：我们经常可以看到日本拿着专利谋取巨额利润，然后他们还设置各种的障碍，阻止后来者参与竞争。

其实这种做法非常短视。

比如稀土，早期他们就利用技术专利卡中国的脖子，后来又用精加工卡脖子，中国的确没啥好办法，只能被迫研发属于自己的稀土技术，最终将日本淘汰出局。

还有发动机专利、屏幕专利等等，日本总是想谋取更多的利益，结果短期内的确挣到钱了，但是长期上反而激发其他国家弯道超车的欲望，最终失去行业话语权。

比如新能源汽车也是如此，他们掌握有大量的氢能专利，中美想在这方面突围难度很大，所以干脆就选择纯电动汽车的赛道，这直接导致氢能汽车规划破产，连锂电池都被反超。

因此日本深刻反思后，觉得自己不能下代电池上再错过机会，必须在技术、产业、材料上均衡发展，这样才能重回电池巅峰。

而全固态电池就是下代电池的头号选择，日本自然不能错过这个机会，因此他们非常重视固态电池的发展。

2018年时，日本经济产业省提出了汽车电动化发展的长期目标，明确将固态电池作为下一代电池的技术开发方向。

2020年，日本借助2050年碳中和战略为固态电池制定了具体的行动计划，2021年提出了《下一代电池和下一代汽车的发展》，为电池研发、材料、回收等等制定相关发展指导。

2022年8月，日本经济产业省牵头建立强大的电池制造产业带，并且借助产业带培养3万名电池制造方面的人才。

这项投资共计3.4万亿日元（约245.5亿美元），其中大部分将用于固态电池领域。

在这样的产业政策刺激下，日本锂电池材料联盟(LIBTEC)筹建了固态电池研发团队，其中包括丰田、日产、松下等企业。

2021年，日产在神奈川县的工厂内，设置了固态电池实验设备，计划在2024年建立试点工厂，在2028年正式推出全固态电池汽车

2022年，本田宣布投资430亿日元研发固态电池，预计2024年春季启动固态电池的验证生产线。

丰田则在固态电池上布局最久，也是世界上固态电池专利申请数量最多的企业，达到480项，占比超过13%，他们还与松下成立了固态电池合资公司；计划在2025年小规模量产。

可以说，日本举全国之力研发固态电池，希望能借此弯道超车。

其实不只是日本，欧美也同样对固态电池报以很大的期待。

2017年，欧盟成立了欧洲电池联盟，目的是组建属于欧盟自己的电池产业，其中成员包括德国大众、宝马以及国际电池巨头。

2019年，欧盟批准了“欧洲固态电池投资专项计划”，由欧盟牵头出资82亿欧元，用于发展固态电池。

2021年，欧盟推出2030电池创新路线图，再次加大在电池创新上的投入，其中固态电池也处在非常重要的地位。

除此之外，欧盟还制定了锂电池材料的碳足迹图，通过最终锂电池原材料的来源和用途，这样可以确保欧盟对锂电池产业链的掌控。

因此欧盟各国非常积极的发展固态电池，尤其是德国。

2018年时，德国在欧盟的基础上，组建了属于自己的动力电池研究联盟，集结了巴斯夫、大众等一系列国际巨头参与，整个投资高达10亿欧元。

可见欧盟各国对于固态电池的重视，引用德国大众的电池开发负责人弗兰克的话说： “全固态电池是锂离子电池开发的最终章” 。

然后是美国：

美国虽然在电池领域落后中日韩，但是他们对于电池的布局丝毫没有轻视。

2021年6月份，美国先进联盟（FCAB）发布了《国家锂电蓝图2021-2030》，其中最长期的目标就是在2030年研发出固态电池和锂金属电池。

先进联盟（FCAB）是美国能源部、国防部等四个部门组建，集齐了美国汽车企业和研究机构，目的是指导国内企业在电池上的发展，并且借此争夺电池话语权。

2021年10月，美国能源部提供了一笔为2.09亿美元的研究经费，这笔经费就是用来支持26个实验室开发固态电池及快充技术，其中通用、福特等美国车企也获得能源部的支持。

当然还有韩国情况也和其他国家相似。

反而中国在固态电池领域的布局晚了很多，2019年时，我们才发布《新能源汽车产业发展规划（2021-2035）》，首次将固态电池发展提升到国家战略层面，但是也没有像其他国家那样组建专门的固态电池联盟，而是提出一个长期目标和政策，然后由大部分由企业完成。

那么问题来了，固态电池到底好在哪里？真能取代中国的液态锂电池吗？我们会不会被弯道超车呢？

固态电池和锂离子电池的原理非常相似，但是它是 固态 的。

正常充放电时，离子是从电池的正负极脱落，然后在电解质中横移，再附着在正负极上从而达到充放电的效果。

也就是说电解质的最大作用就是给离子提供一个特殊的通道，但是由于固态电池的电解质是固体的，离子游离的速度就比液态电池慢，导致离子迁移速率慢，会直接影响到电池的充放电速度。

其次由于电解质是直接和正负极接触的，固态电解质和正负极材料的接触面不可避免的存在缝隙，这个缝隙里充满气体，会再次影响到充电效率以及能量密度。

所以科学家一直在寻找适合固态电池的电解质。

比如：1950年固态电池其实就已经出现了，不过当时的固态电池采用硫化银作为电解质，而且比较粗糙，电阻很高，但是 能量密度 和电压却比较低，根本无法商用。

1970年代，Scrosati B.首次报道了碘化锂（ILi）固态电池，1990年，美国橡树岭国家实验室用磷酸锂作为电解质，造出了一种高性能固态电池，它的能量密度达到 700Wh/kg，充电上万次也不会出现衰退，然而因为成本和工艺问题，这些材料并没有得到推广。

相反由于液态锂电池就没有这种困扰，科学家们只要解决好正负极的材料就可以，因此液态锂电池率先得到发展，逐渐成为主流路线。

中国也借此实现了弯道超车。

然而几十年的发展，液态锂离子电池的弊端暴露无遗。

首先是能量密度已经做到了极限。

根据中国工信部颁布的《中国制造2025》对电池的规定：2025年时，单体电池的能量密度应该达到400Wh/kg、2030年时，这个数值应该达到500Wh/kg。

而锂电池由于隔膜和电解液的存在，导致它的能量密度上限只能达到300Wh/kg，根本无法满足需求。

能量密度还是其次，锂电池的安全性才是最大的诟病。

三元锂电池在180℃左右，正极材料就会与电解液发生反应，产生大量的气体和热量，导致电池自燃，所以锂电池非常害怕遭到外界撞击，因为这样很容易导致热失控。

而且即使不自燃，电池用久用久了负极上也会长出晶枝，刺破隔膜与电池正极接触发生短路。

也就是说传统锂电池不能用的太久，否则很容易出现各种各样的问题。

因此，发展下代电池成为一个非常迫切的需求，中国企业希望通过它达到指导的要求，国外企业则希望找到另外一个技术实现弯道超车。

而固态电池就是头号选择。

在安全性上，固态电解质的热稳定性更好，比如，氧化物电解质能够耐受600℃的高温，不易自燃，而且有固态电解质隔着，可以有效地限制锂晶枝的生长，降低短路的风险。

在能量密度上，固态电池没有隔膜和电解液，可以承受高压以及正极材料多样化多种叠加下，单体能量密度大大增加，可以轻易做到300-700Wh/kg。

其次固态电池在寿命上、充电速率上都比传统锂电池更有优势，几乎可以满足人类对下代电池的大部分需求。

更关键的是经过几十年的发展，科学家已经找到三种非常适合当做电解质的材料，分别是：聚合物电解质、氧化物电解质、硫化物电解质。

它们各有各的优缺点，但是在未来可以通过工艺来解决。

因此，固态电池就成为替代品的头号选择，这也是各个国家 将希望寄托在固态电池上的主要原因。

那么中国在固态电池上会不会被反超？

我不能说完全没问题，但是中国固态电池发展也非常强劲，这还要说说一个非常关键的人物：陈立泉。

我们上面说过日本锂电池之父在2016年就预测了固态电池的重要性，但实际上早在他之前陈立泉就做过同样的预测，他说: “下代电池将是固态电池，中国一定要提早布局。”

为了让产业界重视固态电池，他还说“如果我们将固态锂电池问题攻克，再去做其他电池，相关技术就会迎刃而解。”

陈立泉是中国工程院院士，也是中国锂电池的开创者，不仅搭建了中国第一条锂电池生产线，而且培养了诸多锂电池人才，是名副其实的中国锂电第一人。

所以他的话引起了一部分人的重视，但是还有一些人表示不理解。

当时中国才刚刚建立锂电池产业，不是应该认真经营吗？为何要主动去变革？直到数年后才证明他的话是对的。

中国固态电池的发展几乎是陈立泉一手促成的。

早在1976年，陈立泉就接触过固态电池，当时他被中国科学院派到德国马普研究所学习和交流。

在研究所里，他从事的是晶体生长的科研工作。

当时德国研究员拿着一块拇指大小的材料说：“别看它小，但是它可以做成固态电池，能量比铅酸电池要大的多”。

这句话引起了陈立泉的格外关注，因为固态电池正是当时研究所的重点研究方向，而且中国也有研究电池，但是一直无法突破。

出于专业性的敏感，陈立泉认识到这项技术很可能是改变中国 乃至世界的技术。

1970年代末，国外开始研究锂电池时，陈立泉已经回国。

陈立泉申请转战固体离子学，在中科院的支持下，他创办了国内第一个固体离子学实验室，研究固态离子和固态锂电池。

在他的建议下，中科院也一直将固态锂电池作为重大项目。

1987年，我国启动了863计划，其中聚合物电池被列为“七五规划”重点项目，聚合物正式固态电池的一种，而陈立泉就是这个项目的带头人。

他带领团队研究锂电池的基础知识和一些关键技术，为中国锂电池储备了诸多的技术和人才，也为我国电动汽车和电池日后的发展铺平了道路。

1997年，陈立泉凭借自己深厚的技术，建成国内第一条锂电池生产线，当然，这条生产线还只是处于试验阶段。

2000年，中国在863计划中设立了电动汽车重大专项，但是锂离子电池却意外被排除在外，当时陈立泉非常着急，专门找到专项负责人，希望他能给锂电池一个机会，最终锂离子电子也被列为专项项目之一。

正是陈立泉的坚持，中国才走上了浩浩荡荡的锂离子狂飙道路。

为啥要介绍陈立泉院士的经历？

因为他不仅推动力锂离子的发展，还在液态锂离子发展最迅猛的时候，依旧保持对固态电池的前瞻性布局。

2015年1月，高工锂电年会开幕，陈立泉当时受邀进行演讲，他的题目就是“锂电池生存法则：前瞻性的战略眼光”。

这篇演讲介绍了下一代锂电池的发展前景，以及美国和日韩企业试图在锂硫、锂空等下代电池弯道超车，并且给国内厂家介绍了他们的研发成果，而锂硫、锂空电池就是固态电池和空气电池。

空气电池可能大家不知道，但是它的能量密度比固态电池还要大，被认为是固态电池的下代技术。

也就是说：当国内电池企业布局还局限于 液态电池的时候，陈立泉的眼光已经眼神到下代电池 甚至下下代电池。

然后他还呼吁国内企业应该尽早布局固态电池。

事实上，后来的电池发展正如陈立泉所预料那样，固态电池和空气电池都成为未来电池的首选方案。

然而当时中国锂电池还处于大快上的热潮里，并没有太多的企业愿意投入到这项技术的研究。

于是陈立泉决定自己干。

首先中科院一直在研究固态电池，专利数量仅次于日本丰田汽车，是国内最多的机构。

除了自己研究外，陈立泉还非常重视固态电池产业化。

2016年，陈立泉携手中科院两位同事成立了北京卫蓝新能源，专门研究固体锂电池。

如今卫蓝新能源拥有400多项电池专利，承担20多个国家和省级研发项目，是固态电池领域名副其实的独角兽。

而早在十几年前，陈立泉牵头组建了北京星恒电池公司，星恒以锰酸锂电池作为主要的研发对象。

2014年后，星恒电池也逐渐完成 锰酸锂液态电池 到半固态电池的转型，而全固态电池也在研发中，星恒电池接连获得十多家企业的投资，成为中国固态电池领域的另外一个隐形冠军。

2022年，陈立泉参加汽车大会呼吁一定要重视固态电池，而且要大干快干，才能引领引领电动中国。像这样的呼吁陈立泉已经坚持了数年，几乎每一次大会他都会谈及这些事情。

可以说陈立泉不仅自己研究固态电池，还推动固态电池产业化，甚至通过自己几十年如一日的坚持，影响了一个又一个电池人。

比如宁德时代的创始人曾毓群就是陈立泉的学生，他创办宁德时代就是受到他的影响。

在陈立泉的推荐下，宁德时代也从未停止对固态电池的研究，而且成果很不错已经可以做出高性能的样品了，只剩下如何量产的问题，属于全球第一阵营。

所以纵观固态电池竞争，中国虽然没有太多的固态电池政策，但是在这些人的领导下，我们已经形成产学研等领域非常强大的阵容。

这个阵容包含了固态电池独角兽卫蓝、清陶、万向和星恒等企业、国内电池巨头：宁德时代、比亚迪、赣锋锂业、天齐锂业等，还有中科院、清华大学、哈工大等高校机构。

可以说，我们的电池企业在研究固态电池上并不弱，加上已经完整的锂电产业链，可以承接固态电池的正负极等材料，我们并没有太多被卡脖子的地方。

当然没有卡脖子还不够，我们要想保持锂电池的优势，固态电池必须加大布局和产业化，这才能延续锂电池的辉煌。

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关键词： 能量密度

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